第四章 原子的精细结构.ppt

小 结 1.一个假设-电子的自旋 小 结 例1 求下列原子态的g因子：(1) (2) (3) 解： (1) ： ， ， ， (2) ： ， ， ， (3) ： ， ， ， 二、原子在外磁场中的附加能量 一个具有磁矩的原子处在外磁场中时，将具有附加的能量： 其中： 为角动量在外场方向的分量，是量子化的。 ，共 个。 ，共 个 ，共 个， 共 个(一般情况下)。 例2 计算求下列能级的分裂情况：(1) (2) (3) 解：(1) ： ， (2) ： (3) ： 三、塞曼效应的成因 1．反常塞曼效应 当原子处于外磁场中时，由于原子磁矩 和外加磁场 的相互作用，原子的能级分裂为 层，因此谱线也 将分裂，这就是塞曼效应。 设无磁场时，有两个能级 ，它们之间的跃迁将 产生一条谱线： 若加外磁场，则两个能级各附加能量 ，使能级 发生分裂，所以光谱为： ：洛仑兹单位。 跃迁选择定则： ( 除外) 例3 讨论Na双线： ， ； ， 在外场中的分裂情况。 解： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 跃迁选择定则： ( 除外) (1) 格罗春图 ： 1/2 -1/2 ： 1/2 -1/2 0, +1, -1 ，分为4条。 (2) 格罗春图 ：3/2 1/2 -1/2 -3/2 ： 1/2 -1/2 0, +1, -1 ，分为六条。 2．正常塞曼效应 当原子的总自旋 时， ， 能级分裂： ，共 个 即只有三条谱线，其能级间隔为 。 例4 镉原子的一条谱线( ， 中发分裂，问(1)原谱线分为几条？(2)相邻谱线的间隔为 )在外场 多少？(3)是否为正常塞曼效应？(4)画出相应的能级图。 解： ， ， ， ， ， ， ， ， 跃迁选择定则： ( 除外) ：2 1 0 -1 -2 ： 1 0 -1 格罗春图 0 , +1, -1， 五、施特恩-盖拉赫实验的解释 轨道运动： 自旋运动： ：朗德因子 具有磁矩的原子在磁场中要受到力和力矩的作用 ， 共 个 当 时， ?分裂为两条。 * §4 原子的精细结构 问题的提出 玻尔：谁如果在量子面前不感到震惊，他就不懂得现代物理学；同样如果谁不为此理论感到困惑，他也不是一个好的物理学家。 §4.1 原子中电子轨道运动的磁矩 一、有关的电磁学知识 1．电偶极矩 (1) 均匀电场中： (2) 非均匀电场中：电场强度沿 轴，随 的变化为 ) ? 合力 ： 在外场方向的投影 2．磁矩 方向与 方向满足右手螺旋关系。 均匀磁场中： 非均匀磁场中： 磁场方向沿 轴，随 的变化为 合力 ： 在外场方向的投影 3．力和力矩 力是引起动量变化的原因： 力矩是引起角动量变化的原因： 二、电子轨道运动的磁矩 电子轨道运动的闭合电流为： 面积： 一个周期扫过的面积： 是量子化的 量子化的。 ? 玻尔磁子 空间取向量子化 §4 .2、施特恩—盖拉赫实验 实验装置 均匀磁场中： 非均匀磁场中： 实验结果： 当 时，P上只有一条细痕，不受力的作用。 均匀时，P上仍只有一条细痕，不受力的作用。 当 当 不均匀时，P上有两条细痕，受两个力的作用。 实验证明了原子 在磁场中的取向是量子化的。 两条细痕 ? 两个 ? 两个 ? 两个? ?